[其他]超聲波換能器用背載材料

在審

• 申請號: 101985000000483
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100483B
• 公開（公告）日: 1988-10-19
• 發明（設計）人: 王菊珍
• 申請（專利權）人: 上海燈泡廠
• 代理公司: 上海專利事務所
• 代理人: 須一平

一種適用于低頻和高頻超聲波換能器用的背載材料，它是由含１．０～４．５％氧化鈰和鎢粉與絕緣膠澆制或壓制而成的。采用本發明背載材料的換能器在不改變原有換能器結構和制造方法的條件下，取代原用鎢－絕緣膠的背載材料取得良好的效果：在澆制的背載材料制成的發射與接收通用換能器中，可同時提高耐電壓性和聲衰減性，更易于實現匹配所需的聲阻抗；在壓制的背載材料所制成的超聲波換能器中，可使其背面反射引起的噪聲減至極小。

本發明屬于超聲波換能器用的背載材料。

在超聲波換能器中，對背載阻尼塊的要求，首先是背載阻尼塊同壓電晶片或壓電薄膜的結合面應有和壓電晶片或薄膜同樣大小（或接近）的聲阻抗;使介面上不發生能量反射;其次是必須使從壓電晶片或薄膜一面進入阻尼塊中的聲能在阻尼塊中耗散，以免引起阻尼塊的背面反射;同時，在以澆制的背載阻尼塊制造換能器時，要求背載阻尼材料具有高的耐電壓性能，以免兩電極之間通過背載材料而導通，這在發射用的相控陣列換能器中尤為重要。在現有技術中，采用鎢-絕緣膠混合物作為背載材料。在發射用的換能器（尤其是在發射用的相控陣列換能器）中的澆制的背載材料，要加氧化鋁絕緣層。1981年4月27日申請而在1983年3月3日取得美國專利與商標局批準的美國專利第4，382，201號“超聲波換能器和獲取其高衰減背載材料的制造方法”提出采用鎢-聚氯乙烯混合物作為高頻超聲波換能器的背載材料。其制備過程中將鎢粉與聚氯乙烯混合物在抽真空下加熱加壓，并在加壓下冷卻，使其混合材料處于彈性壓縮狀態，去壓后而自然膨脹，以得到高水平的聲衰減性能。采用鎢-絕緣膠混合物和上述方法制備的鎢-聚氯乙烯混合物作為背載材料，可達到一定的性能要求，但存在如下問題：在澆制的背載材料所制成的發射與接收通用的換能器中，往往存在耐電壓性與高阻尼性兩者不能兼得的矛盾;出現背面反射，造成假信號;在高頻（大于4.5MHz）時，噪聲大。在發射用的換能器（尤其是在發射用的相控陣列換能器）中，為克服背載材料耐電壓性能低的缺點，要加氧化鋁絕緣層，厚度控制嚴格，精度為幾個微米，工藝復雜。本發明的目的在于提出一種能克服上述現有技術中背載材料所存在問題的、具有高耐電壓性能和高聲衰減性能的新的背載材料，在不改變原有換能器結構和制造方法的條件下，取代原用的鎢-絕緣膠背載材料，能夠按測試的要求配比出具有各種所需聲阻抗的背載材料，以提高超聲波換能器的使用性能，并使其制作工藝更簡便。

本發明所提出的超聲波換能器背載材料系含少量其他金屬氧化物的鎢粉與按一定重量比例的絕緣膠相混合，以澆制或壓制方法制備成背載材料。鎢粉中所含的金屬氧化物以鑭系金屬氧化物為佳，例如氧化鈰。所述的絕緣膠以環氧樹脂為宜。由于氧化鈰為不導電材料，所以鎢鈰粉具有極大的電阻;而鎢是導電金屬，鎢粉的電阻極低。以相同的試驗條件進行對比試驗的結果表明，鎢鈰粉的電阻比鎢粉的電阻高三個數量級（10³）。因此，采用一定重量比例的鎢鈰-環氧樹脂的混合物所制備成的背載材料，與相同重量比例的鎢-環氧樹脂混合物所制備的背載材料相比較，耐電壓性能有成倍的提高，適用于制造高電壓發射用的超聲波換能器，不會發生兩電極間通過背載材料而導通的現象。另一方面，鎢鈰-環氧樹脂混合物的介質粘滯性與鎢-環氧樹脂的介質粘滯性不同，具有較大的聲能衰減性能，因而可用于制成高阻尼的換能器。

上述鎢鈰-環氧樹脂背載材料的配制：鎢粉中含氧化鈰的重量百分比為1.0～4.5%，鎢鈰粉末的最大粒度為10微米。鎢鈰粉與環氧樹脂的重量比例，應按使用要求來配比，使其聲阻抗與壓電晶片或壓電薄膜的聲阻抗相適應，其比例范圍為4∶1～50∶1。在鎢鈰粉比例較小時，用澆制方法制備背載阻尼塊;而在鎢鈰粉比例較大的情況下，須用壓制方法來制備背載阻尼塊。

在超聲波技術中，使用鎢鈰-環氧樹脂背載材料，能使超聲波檢測儀器使用性能提高，可滿足高頻超聲波換能器的需要。還適用于相控陣列的換能器。

圖.為超聲波測厚儀探頭的剖面圖。

采用鎢鈰-環氧樹脂混合物作為超聲波測厚儀探頭的背載阻尼塊，如圖所示。圖中標記1是電極，2是外殼，3是導線，4是背載材料，5和7是導電薄膜，6是壓電晶片，8是保護膜。其中背載材料的配比和制作方法分別是：鎢粉中含氧化鈰的重量百分比為2%，鎢鈰粉與環氧樹脂重量比例為8∶1;上述材料以澆制方法制成。上述這種背載材料與相同重量比例的鎢-環氧樹脂混合物取同樣方法制成的探頭進行試驗對比，其結果如下：